中船集团消息,上船院通过节能装置的研发,探索产业化发展方向,近期成功开发了多型毂帽鳍。其中,应用于3800车滚装船的毂帽鳍节能效果得到了水池试验的验证:加装该毂帽鳍后,螺旋桨敞水效率提高约2%。
毂帽鳍是一种应用较广泛的节能装置,安装在螺旋桨后方,可回收螺旋桨流场中耗散的能量,具有结构简单、使用便捷、造价较低等特点。上船院将通过自行设计、销售,委托配套厂商生产的模式将其拓展为产业化发展的新产品。
目前,上船院已具备常规螺旋桨、桨前扇形节能导管、桨后毂帽鳍等的设计能力,今后将进一步加强基础技术研究,通过船、桨、舵的整体设计,提高设计品质,以技术优势带动产业化发展。
目前,上船院已具备常规螺旋桨、桨前扇形节能导管、桨后毂帽鳍等的设计能力,今后将进一步加强基础技术研究,通过船、桨、舵的整体设计,提高设计品质,以技术优势带动产业化发展。
拓展知识:
定义毂帽鳍:连接在螺旋桨毂帽上与螺旋桨桨叶数量相同并与螺旋桨一同旋转的几个鳍状叶片。
1986年,日本三井造船开始研究在螺旋桨毂帽上安装与螺旋桨桨叶数量相同的小鳍片,鳍片的半径约为桨叶半径的1/4,以期减弱在螺旋桨后毂帽处形成的涡流,消除毂涡引起的诱导阻力,从而达到提高螺旋桨效率的目的。毂帽鳍在1987年作为一种新型的节能装置被正式提出,它被定义为连接在螺旋桨毂帽上与螺旋桨桨叶数量相同并与螺旋桨一同旋转的几个鳍状叶片。
定义毂帽鳍:连接在螺旋桨毂帽上与螺旋桨桨叶数量相同并与螺旋桨一同旋转的几个鳍状叶片。
1986年,日本三井造船开始研究在螺旋桨毂帽上安装与螺旋桨桨叶数量相同的小鳍片,鳍片的半径约为桨叶半径的1/4,以期减弱在螺旋桨后毂帽处形成的涡流,消除毂涡引起的诱导阻力,从而达到提高螺旋桨效率的目的。毂帽鳍在1987年作为一种新型的节能装置被正式提出,它被定义为连接在螺旋桨毂帽上与螺旋桨桨叶数量相同并与螺旋桨一同旋转的几个鳍状叶片。
安装毂帽鳍前后消涡情况比较图
船在航行中毂帽表面的水流是沿着螺旋桨的旋转方向流动的,因而在毂帽后端中心位置形成低压,产生很强的涡和空泡,这种涡和空泡降低了螺旋桨的效率。对于大型船舶,尤其是螺距比大的船舶这种现象更为突出。针对这种空泡现象,在毂帽上装有适当角度和形状的毂帽鳍,使表面水流几乎沿着鳍直线流出并向毂帽的后方离散,从而不能形成毂涡。由于消除了毂涡,桨毂后部的压力降减少了,整个桨的阻力减少,使螺旋桨推力增加;另外,毂帽鳍小叶产生了扭力,从而降低了螺旋桨的扭矩并产生推力,提高了螺旋桨的推进效率。同时,毂帽鳍还能有效消除螺旋桨噪音、减小螺旋桨的振动幅度,提高船舶的舒适性。
毂帽鳍加工方便、成本低、长期效益和安全性好。它的直径为螺旋桨直径的25%以下,与毂帽没有相对运动,因此可靠性很高,发生故障的可能性极小。为防止电解腐蚀,其材料宜与螺旋桨材料相同。其节能效果的大小与鳍的大小、安装角度、倾斜角、鳍的叶数等有关系。
毂帽鳍模型试验和实船试验节能效果对比
鳍片的直径:取值在0.18~0.33倍螺旋桨直径之间,一般在0.25~0.3效果较好。鳍片的螺距角:与桨叶叶根螺距角相差-20°~+30°。鳍片轴向位置:不同螺旋桨差异较大,使毂帽鳍表面速度最大为佳,一般0.03倍螺旋桨直径左右。
影响毂帽鳍节能效果的因素有很多,主要包括毂帽鳍自身参数,螺旋桨与毂帽鳍相对位置,以及螺旋桨的负荷形式等。在设计阶段一般通过水池试验来预报毂帽鳍的节能效果,但其与实船试验结果相比,存在一定的误差,如表1所示。因此,关于该装置节能效果的预报需要依靠实船试验与模型试验对比,以得出经验性的结论。
毂帽鳍实船应用及节能效果
从表中可以得出,实船试验得到的毂帽鳍节能效果要明显好于模型试验得到的节能效果。
随着国际油价的上涨以及企业节能减排意识的增强,近年来,越来越多的船舶开始在螺旋桨桨毂上安装毂帽鳍,并取得了一定的节能效果。毂帽鳍在船上的应用及产生的节能效果如下图所示。